鐘厲，吳林群，陳夢(mèng)青

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樹(shù)脂基摩擦材料耦合機(jī)理研究

鐘厲，吳林群，陳夢(mèng)青

（重慶交通大學(xué) 機(jī)電與車(chē)輛工程學(xué)院，重慶 400074）

提高樹(shù)脂基摩擦材料的機(jī)械性能和摩擦磨損性能。利用纖維的協(xié)同耦合效應(yīng)制備混雜纖維增強(qiáng)材料，通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)法設(shè)計(jì)配方，探究混雜纖維對(duì)摩擦材料性能的影響。借助掃描電鏡對(duì)磨損表面和磨屑的微觀形貌進(jìn)行分析，使用能譜分析其元素組成，以探究摩擦材料的耦合機(jī)理。混雜纖維含量從8%增加到10.5%，摩擦材料的洛氏硬度和剪切強(qiáng)度分別維持在50~75 HRB、11.5~16.5 MPa適宜范圍內(nèi)，其中S3試樣的洛氏硬度最大，為71 HRB，S4試樣的剪切強(qiáng)度最大，為16.1 MPa?；祀s纖維的交叉耦合效應(yīng)決定了摩擦材料的機(jī)械性能。碳纖維在接觸表面形成一層轉(zhuǎn)移膜，發(fā)揮著潤(rùn)滑降溫的作用，對(duì)摩擦材料的摩擦系數(shù)及磨損率均影響最大。轉(zhuǎn)移膜的形成可有效緩解熱衰退現(xiàn)象。適宜含量的混雜纖維可使摩擦表面形成連續(xù)的轉(zhuǎn)移膜，且粒徑細(xì)小的磨屑可提高轉(zhuǎn)移膜的自潔性，從而降低摩擦材料的磨損率。磨損機(jī)理也由磨粒磨損和粘著磨損轉(zhuǎn)變?yōu)槎喾N機(jī)理綜合的磨損形式。

混雜纖維；摩擦材料；耦合機(jī)理；熱衰退；耐磨性；磨損機(jī)理

隨著汽車(chē)行業(yè)的快速發(fā)展和節(jié)能環(huán)保意識(shí)的不斷提高，單一纖維增強(qiáng)的摩擦材料制品越來(lái)越不能滿足當(dāng)今社會(huì)需求，這對(duì)摩擦材料的性能提出了更高的挑戰(zhàn)，要求其具有良好的抗制動(dòng)衰減性、熱穩(wěn)定性和高耐磨性[1-3]。國(guó)內(nèi)外學(xué)者為改善摩擦材料的性能[4-5]進(jìn)行了深入研究。鄒軍等[6]分析了鋼纖維和氧化鐵粉含量對(duì)摩擦材料性能的影響，發(fā)現(xiàn)氧化鐵粉可改善材料的抗高溫?zé)崴ネ诵?。覃群等[7]測(cè)試B4C含量對(duì)摩擦材料性能的影響，得出B4C顆粒在摩擦過(guò)程中具有抵抗對(duì)磨偶件的表面犁削作用，可提高耐磨性，且其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%時(shí)，材料具有最佳耐磨性能。Federicia等[8]提出采用涂覆超音速噴涂碳化鎢（HVOF）涂層的制動(dòng)盤(pán)，不僅降低摩擦材料的磨損率，而且減少環(huán)境中顆粒物的釋放。這些大都是針對(duì)摩擦磨損性能進(jìn)行研究，而在混雜纖維耦合機(jī)理方面研究較少。

由于樹(shù)脂基摩擦材料的硬度高，會(huì)導(dǎo)致對(duì)偶貼合性差，易造成對(duì)偶損傷產(chǎn)生噪聲[9-10]，且基體樹(shù)脂本身熱穩(wěn)定性差、耐熱性不足，易產(chǎn)生熱衰退現(xiàn)象[11]。針對(duì)這一系列弊端，混雜纖維發(fā)揮了其絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，利用材料的復(fù)合效應(yīng)，通過(guò)纖維的交叉耦合作用，構(gòu)建新型摩擦材料整體[12-13]，是當(dāng)前樹(shù)脂基摩擦材料的重要研究方向?；祀s纖維增強(qiáng)亦成為高性能摩擦材料的首選。

當(dāng)前對(duì)摩擦材料的研究以宏觀摩擦學(xué)性能為主，本文擬采用碳纖維、芳綸纖維、復(fù)合礦物纖維和六鈦酸鉀晶須進(jìn)行混雜，探討混雜纖維對(duì)摩擦材料性能的影響，借助SEM觀察高溫磨損后表面及磨削的微觀形貌，使用EDS分析其元素組成，以探索樹(shù)脂基摩擦材料的耦合機(jī)理，提出摩擦材料的微觀磨損機(jī)制，并對(duì)增強(qiáng)纖維之間的耦合機(jī)理進(jìn)行深入探究。使摩擦帶來(lái)的結(jié)果朝著有利的方向發(fā)展，對(duì)節(jié)能、降耗具有積極的指導(dǎo)意義。

1 試樣的制備和性能測(cè)試

1.1 原材料和配方設(shè)計(jì)

分別選用型號(hào)為T(mén)800S、Twaron、RB250、UM- T-950的碳纖維、芳綸纖維、復(fù)合礦物纖維以及六鈦酸鉀晶須四個(gè)影響因素進(jìn)行混雜，填料及摩擦性能調(diào)節(jié)劑選擇硫酸鋇、鉻鐵礦粉、鋯英石、鱗片石墨、蛭石、硫化銻、焦炭、人造石墨、摩擦粉等。本文利用正交試驗(yàn)法，選擇三個(gè)水平（1%、1.5%、2%）混雜纖維用量研究其對(duì)樹(shù)脂基摩擦材料摩擦磨損性能的影響，致力于尋找最優(yōu)配方的最優(yōu)解，見(jiàn)表1。

表1 正交試驗(yàn)安排表

Tab.1 Orthogonal test schedule wt%

碳纖維具有耐高溫、耐磨損、密度及熱膨脹系數(shù)小等優(yōu)點(diǎn)。以碳纖維增強(qiáng)的制動(dòng)片比強(qiáng)度是鋼和鋁等金屬的3倍，不僅摩擦系數(shù)穩(wěn)定、耐磨性高，而且抗熱衰退能力極強(qiáng)，是一種綠色環(huán)保型制動(dòng)復(fù)合材料。以芳綸纖維增強(qiáng)的摩擦制品具有較高的抗沖擊強(qiáng)度、低的制動(dòng)噪音，且不會(huì)對(duì)制動(dòng)對(duì)偶產(chǎn)生損傷。復(fù)合礦物纖維可顯著改善摩擦系數(shù)，其增強(qiáng)的摩擦制品具有較合理的技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合性能，在機(jī)械強(qiáng)度、摩擦性能及工藝可操作性等多方面，可滿足實(shí)際生產(chǎn)和使用要求。六鈦酸鉀晶須較強(qiáng)的紅外線反射能力，可快速釋放摩擦過(guò)程中產(chǎn)生的部分能量，提高摩擦材料的使用溫度，較低的導(dǎo)熱系數(shù)可減緩摩擦過(guò)程中能量的傳遞速率，降低摩擦材料的升溫速率，高溫吸音性能可減小摩擦過(guò)程中的制動(dòng)噪聲[14]。

1.2 試樣制備流程

試樣制備流程如圖1所示。具體步驟為：

（1）用SF-400A電子天平（深圳雅量衡器公司）稱取原材料。

（2）將芳綸纖維與復(fù)合礦物纖維分別投入XL633犁耙式混料機(jī)（武漢市祥龍摩擦材料有限公司）中開(kāi)散10~15 min，再將剩余原材料一起倒入混料機(jī)中混料25 min，混料2次獲得均勻的壓塑料。

（3）將材質(zhì)Q235、厚度5 mm的鋼背放入Q326C型履帶式拋丸機(jī)（武漢市祥龍摩擦材料有限公司）中拋光15 min，除去表面銹斑。在鋼背粘接面上刷兩次J-04B膠液，晾放至不粘手。

（4）將XL100-63T四柱壓力機(jī)（武漢市祥龍摩擦材料有限公司）模具預(yù)熱至設(shè)定溫度，上模140 ℃，中模130 ℃，下模170 ℃，倒入4×95 g塑料，蓋上鋼背，設(shè)定壓制壓力為13 MPa，15 s排氣1次，共排3次，保壓時(shí)間為5 min，即可完成熱壓成型。

（5）將熱壓成型后的盤(pán)式制動(dòng)器襯片放入SMO-3精密電熱鼓風(fēng)干燥箱（武漢市祥龍摩擦材料有限公司）中，加熱至140 ℃保溫0.5 h，再加熱至160 ℃保溫0.5 h，繼續(xù)加熱至180 ℃保溫1.5 h，期間通過(guò)鼓風(fēng)調(diào)節(jié)溫度使之均勻，并排出期間產(chǎn)生的氣體，熱處理結(jié)束后冷卻至室溫，取出制動(dòng)襯片。

（6）將熱處理后的盤(pán)式制動(dòng)器襯片利用XL421多刀切樣機(jī)（武漢市祥龍摩擦材料有限公司）制成所需試樣。

圖1 流程圖

1.3 試樣性能測(cè)試

1.3.1 機(jī)械性能

試驗(yàn)選用壓頭為B標(biāo)尺鋼球、總試驗(yàn)力加載至980.7 N（100 kg）的HR-150A型洛氏硬度計(jì)（廈門(mén)群隆儀器有限公司）對(duì)摩擦材料進(jìn)行硬度測(cè)定[15]。設(shè)定XL101型剪切強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)（武漢市祥龍摩擦材料有限公司）正壓力為3 kN，剪切速率為(3000±500) N/s，對(duì)摩擦材料進(jìn)行剪切強(qiáng)度測(cè)定。

1.3.2 摩擦磨損性能

選用摩擦盤(pán)材質(zhì)為HT250灰鑄鐵、設(shè)定恒定壓力為0.98 MPa的XL112型定速式摩擦試驗(yàn)機(jī)（武漢市祥龍摩擦材料有限公司），測(cè)定摩擦材料的摩擦磨損性能。首先測(cè)定摩擦材料的摩擦系數(shù)，再按公式（1）計(jì)算磨損率。

式中：為試樣中心與摩擦盤(pán)旋轉(zhuǎn)中心的距離（15 cm）；為摩擦面總面積（cm2）；為總轉(zhuǎn)數(shù)；1和2分別為試驗(yàn)前后試樣的平均厚度（cm）；m為試驗(yàn)時(shí)總平均摩擦力（N）。

按照公式（2）計(jì)算衰退率：

1.4 磨損面和磨屑的微觀形貌及能譜分析

試驗(yàn)采用S-3700N型SEM（日本株式會(huì)社日立高新技術(shù)公司）觀察摩擦材料的微觀組織形貌[16]，先將未試驗(yàn)試樣、試驗(yàn)后試樣及摩擦斷裂后的試樣放入E-1010型真空鍍金儀（日本株式會(huì)社日立高新技術(shù)公司）中進(jìn)行鍍金處理，再通過(guò)控制試樣面積掃描磨損前后摩擦表面和相應(yīng)磨屑及斷面的微觀形貌，利用EDS分析磨損后的摩擦表面。

2 結(jié)果與分析

2.1 混雜纖維對(duì)硬度和強(qiáng)度的影響

根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)表，得出混雜纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基摩擦材料的洛氏硬度和剪切強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果，如圖2所示。

圖2 摩擦材料的洛氏硬度和剪切強(qiáng)度

結(jié)合正交試驗(yàn)安排表（表1）中各增強(qiáng)纖維的含量配比，由圖2可以看出，隨著混雜纖維含量的增加，樹(shù)脂基摩擦材料的洛氏硬度呈上升趨勢(shì)，其中S1、S2、S5硬度較低，S3最高，其余試樣的洛氏硬度波動(dòng)范圍較小，維持在50~60HRB之間。摩擦材料的剪切強(qiáng)度隨著混雜纖維含量的增加而增大，S1、S5、S6試樣的剪切強(qiáng)度較小，S1的剪切強(qiáng)度最小，S4的剪切強(qiáng)度最大，其余試樣的剪切強(qiáng)度均處于12~16 MPa范圍內(nèi)。

樹(shù)脂基摩擦材料及其制品的硬度存在一個(gè)合理范圍（50~100 HRB），硬度過(guò)大易造成對(duì)偶損傷；硬度過(guò)小，則接觸面積較大且粘著作用增強(qiáng)，易導(dǎo)致粘著磨損。由圖2可知，樹(shù)脂基摩擦材料硬度適中，其中S3的硬度最大，且S3的芳綸纖維含量達(dá)最大值2%，復(fù)合礦物纖維含量達(dá)最大值7%，均有很高的剪切強(qiáng)度，減少了因剪切變形而造成各種形式的位錯(cuò)，從而易使硬度偏高，這表明混雜纖維的硬度及比例影響著摩擦材料的硬度。剪切強(qiáng)度降低會(huì)引起制動(dòng)系統(tǒng)失效，而S1剪切強(qiáng)度最小。因?yàn)镾1中碳纖維、芳綸纖維及六鈦酸鉀晶須的含量均最低，增強(qiáng)纖維與基體間呈低附著狀態(tài)，可見(jiàn)樹(shù)脂粘結(jié)劑與增強(qiáng)纖維的界面粘結(jié)作用越強(qiáng)，復(fù)合材料的層間剪切強(qiáng)度就越高，也驗(yàn)證了樹(shù)脂基摩擦材料剪切強(qiáng)度的高低取決于基體粘結(jié)強(qiáng)度的大小。

2.2 混雜纖維對(duì)摩擦磨損性能的影響

2.2.1 混雜纖維對(duì)摩擦系數(shù)的影響

利用極差分析法研究混雜纖維各組分對(duì)摩擦磨損性能的影響，極差值的大小表明因素水平的改變對(duì)性能指標(biāo)影響的大小。

圖3為摩擦系數(shù)測(cè)試結(jié)果，結(jié)合正交實(shí)驗(yàn)安排表（表1）可以看出，S1、S7、S8試樣的摩擦系數(shù)較低，S3、S4、S9試樣的摩擦系數(shù)較高，S2試樣具有良好的摩擦系數(shù)。

圖3 摩擦材料的摩擦系數(shù)

由表2可以看出，混雜纖維的四個(gè)影響因素中，碳纖維的極差值最大，對(duì)摩擦材料的摩擦系數(shù)影響亦最大。這是由于碳纖維具有良好的自潤(rùn)滑性，可降低摩擦表面的溫度，且在摩擦過(guò)程中會(huì)在摩擦界面形成一層“轉(zhuǎn)移膜”，減輕脫落的硬質(zhì)顆粒對(duì)基體的犁削作用，同時(shí)高導(dǎo)熱性的碳纖維能將摩擦產(chǎn)生的高熱量導(dǎo)出，從而緩解熱衰退。復(fù)合礦物纖維和芳綸纖維對(duì)材料的摩擦系數(shù)影響次之，因?yàn)榉季]纖維較高的熱分解溫度（初始熱分解溫度達(dá)500 ℃）和優(yōu)異的熱穩(wěn)定性（加熱分解不熔融），也有利于減少樹(shù)脂基摩擦材料熱衰退現(xiàn)象的發(fā)生。六鈦酸鉀晶須的極差值最小，對(duì)摩擦系數(shù)的影響亦最小。

表2 摩擦系數(shù)的極差分析

Tab.2 Range analysis of friction coefficient

note:fis sum of friction coefficient,fis mean value of friction coefficient,fis extreme value of friction coefficient

2.2.2 混雜纖維對(duì)磨損率的影響

磨損率的高低直接反應(yīng)制動(dòng)片使用壽命的長(zhǎng)短。磨損率越低，即耐磨性越高，表明摩擦材料的使用壽命越長(zhǎng)。由圖4可知，S1、S2、S3試樣的磨損率較低，S4、S5、S6試樣的磨損率較高，其中S2試樣的磨損率最低，為0.11×10-7cm3/(N·m)，且S2試樣混雜纖維含量適宜，可減小與對(duì)偶盤(pán)相對(duì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的剪切力，有利于降低摩擦接觸表面溫度。

圖4 摩擦材料磨損率

由表3可以看出，混雜纖維的四個(gè)影響因素中，碳纖維的極差值最大，對(duì)摩擦材料的磨損率影響亦最大，復(fù)合礦物纖維對(duì)材料的磨損率影響次之，芳綸纖維和六鈦酸鉀晶須對(duì)磨損率的影響相對(duì)較小。碳纖維具有類(lèi)似石墨晶體結(jié)構(gòu)，平行層面間的各碳原子依靠范德華力連接，當(dāng)受到與層面平行的切向力時(shí)，碳原子層間極易發(fā)生相互滑動(dòng)，發(fā)揮優(yōu)異的潤(rùn)滑效果，且分布在纖維束間和層間界面處的孔隙有利于摩擦過(guò)程中熱量的散發(fā)，同時(shí)碳纖維在磨損過(guò)程中，轉(zhuǎn)移的碳原子膜涂覆在摩擦表面，從而有效地降低磨損率。而復(fù)合礦物纖維中高硬度成分（如Al2O3和SiO2等）脫落后會(huì)剝離其余組分，加劇摩擦材料的磨損。

表3 磨損率的極差分析

Tab.3 Range analysis of wear rate

note:Vis sum of wear rate,Vis mean value of wear rate,Vis extreme value of wear rate

2.3 混雜纖維的耦合機(jī)制分析

2.3.1 機(jī)械性能耦合機(jī)理

摩擦材料作為一種多組分多相體系復(fù)合材料，其成分及結(jié)構(gòu)的交叉耦合效應(yīng)決定了制品硬度和剪切強(qiáng)度等機(jī)械性能。材料的剪切變形會(huì)造成各種形式的位錯(cuò)，位錯(cuò)產(chǎn)生的塑性變形也反映為材料的硬度。丁腈橡膠改性酚醛樹(shù)脂自身剪切強(qiáng)度較小，而六鈦酸鉀晶須將減少晶體的位錯(cuò)、空隙等缺陷，在一定程度上彌補(bǔ)基體樹(shù)脂塑性變形的不足，剪切強(qiáng)度較高，從而對(duì)硬度產(chǎn)生極大的影響，因此為控制摩擦材料的硬度，減少制動(dòng)噪音及對(duì)偶損傷，六鈦酸鉀晶須含量須在1.5%~3%之內(nèi)。隨著混雜纖維含量從8%增加至10.5%，各成分之間的耦合作用增強(qiáng)，剪切強(qiáng)度和硬度也分別升高31.2%和14.5%。樹(shù)脂基摩擦材料剪切強(qiáng)度的高低取決于基體粘結(jié)強(qiáng)度的大小，芳綸纖維較大的比表面積可改善組分與樹(shù)脂的浸潤(rùn)和結(jié)合狀態(tài)，從而對(duì)剪切強(qiáng)度的影響極大?；祀s纖維含量的增加，使得摩擦材料基體的粘結(jié)強(qiáng)度增大，導(dǎo)致剪切強(qiáng)度升高。

2.3.2 摩擦磨損性能耦合機(jī)理

基于混雜纖維對(duì)摩擦材料性能的影響，分別選取S2、S8試樣對(duì)磨損前后的表面形貌與磨屑及磨損后的能譜進(jìn)行對(duì)比分析，進(jìn)一步研究混雜纖維增強(qiáng)摩擦材料的耦合機(jī)理。

圖5a、圖5b分別為S8試樣表面磨損前后的形貌，可以看出：磨損前，試樣表面參差不齊、結(jié)構(gòu)疏松，出現(xiàn)大量纖維團(tuán)聚現(xiàn)象；磨損后，摩擦面存在較多裸露脆斷的纖維，呈現(xiàn)深淺不同的凹坑和大面積表層剝落的現(xiàn)象。這是由于摩擦材料表面微凸體在單位壓力和局部熱量的作用下易粘著，粘著點(diǎn)因高溫軟化被剪切脫落。摩擦過(guò)程中樹(shù)脂耗損嚴(yán)重，而混雜纖維含量較多，基體與纖維的粘結(jié)作用減弱，在外加載荷作用下產(chǎn)生應(yīng)力集中，微裂紋擴(kuò)展以釋放殘余應(yīng)力，使摩擦表面發(fā)生疲勞剝落。摩擦溫度升高使有機(jī)物分解，從而引起材料損失，并形成微孔。微孔附近處迅速擴(kuò)展的疲勞裂紋將穿透界面，引起填料顆粒松動(dòng)而造成增強(qiáng)纖維從基體拔出，纖維相與基體相的硬度差異，使大量剝落的硬質(zhì)填料和纖維參與磨粒磨損。如圖5c所示，磨損后產(chǎn)生特大塊狀磨屑，結(jié)構(gòu)松散、破碎，分布不均，表明樹(shù)脂基摩擦材料磨損劇烈，發(fā)生嚴(yán)重的剝落。由表4可知，S8試樣的衰退率最大，為26.4%，與其高熱衰退率結(jié)論相一致。由圖5d可見(jiàn)，磨損后，摩擦表面主要含有C、O、Si、Ca、Mg、Al等元素，其中C、O元素含量較高，分別為42.5%、15.77%，主要來(lái)源于擴(kuò)散或轉(zhuǎn)移的碳纖維和有機(jī)物高溫分解產(chǎn)生的氣體或水分子。

圖5 S8試樣的磨損表面和磨屑SEM圖以及能譜分析圖

表4 試樣的衰退率和磨損率

Tab.4 Wear rate and fade rate of samples

綜上所述，混雜纖維含量過(guò)高，即碳纖維2%、芳綸纖維1.5%、復(fù)合礦物纖維7%，摩擦材料的磨損機(jī)理主要表現(xiàn)為粘著磨損和疲勞磨損，并伴隨熱分解磨損和磨粒磨損。

圖6a、b分別為S2試樣表面磨損前后形貌，可以看出：未進(jìn)行摩擦試驗(yàn)的材料表面完整光滑連續(xù)，在日光下呈現(xiàn)出黑色面；磨損后，平整的摩擦面所占比例仍較大，呈現(xiàn)暗灰光亮色面，但也存在犁溝特性和剝落現(xiàn)象。這是因?yàn)闃?shù)脂基摩擦材料中，碳纖維石墨結(jié)構(gòu)規(guī)整度遭到破壞后，在摩擦表面形成一層光亮連續(xù)致密的轉(zhuǎn)移膜，對(duì)基面起到保護(hù)作用。由于摩擦材料表面形貌的粗糙度和接觸的不均勻性為微凸體研磨提供了一定的條件，導(dǎo)致微凸體直接接觸產(chǎn)生冷焊而發(fā)生粘著。如圖6c所示，磨損后，磨屑主要為粒徑細(xì)小的顆粒狀，分布較均勻，成膜組成的差別導(dǎo)致膜的致密性存在差異，顆粒狀磨屑具有很高的表面活性，且膜粘接力較大，同時(shí)粒狀磨屑能及時(shí)從摩擦對(duì)偶接觸面排出，可保持界面轉(zhuǎn)移膜的穩(wěn)定性。因此，由表4可知S2試樣的磨損率最小，為0.440×10-7cm3/(N·m)。由圖6d可見(jiàn)，磨損后，表面O元素含量降低了13.1%，表明轉(zhuǎn)移膜的形成在一定程度上延緩了熱衰退現(xiàn)象，與其衰退率最低為8.9%的結(jié)論相吻合。C元素含量增加了23.8%，進(jìn)一步驗(yàn)證了樹(shù)脂基摩擦材料表面摩擦膜具有較高的自潔性，表面層不斷得到更新，生成更加連續(xù)致密的轉(zhuǎn)移膜。

綜上所述，混雜纖維含量適宜，即碳纖維1%、芳綸纖維1.5%、復(fù)合礦物纖維6%，摩擦材料的磨損機(jī)理主要表現(xiàn)為粘著磨損和磨粒磨損。

圖6 S2試樣的磨損表面和磨屑SEM圖以及能譜分析圖

3 結(jié)語(yǔ)

1）六鈦酸鉀晶須對(duì)摩擦材料洛氏硬度的影響最大，芳綸纖維對(duì)剪切強(qiáng)度的影響最大。

2）碳纖維優(yōu)異的自潤(rùn)滑性及在摩擦界面形成的轉(zhuǎn)移膜，有利于減輕脫落的增強(qiáng)纖維和填料對(duì)基體的犁削作用，同時(shí)可以導(dǎo)出摩擦產(chǎn)生的高熱量，有效地緩解熱衰退，對(duì)摩擦材料的摩擦系數(shù)及磨損率均影響最大。

3）碳纖維對(duì)摩擦材料的摩擦系數(shù)和磨損率的影響均最大。

4）混雜纖維可以改變摩擦材料的磨損機(jī)理，隨著混雜纖維含量從8%增加到10.5%，磨損機(jī)理也由磨粒磨損和粘著磨損轉(zhuǎn)變?yōu)檎持p和疲勞磨損，并伴隨熱分解磨損和磨粒磨損多種機(jī)理綜合的磨損形式。

5）摩擦表面有完整致密連續(xù)的轉(zhuǎn)移膜且磨屑粒徑細(xì)小時(shí)，有利于提高轉(zhuǎn)移膜的自潔性，從而降低摩擦材料的磨損率。

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Research on Coupling Mechanism of Resin-based Friction Materials

,,

(School of Mechatronics & Vehicle Engineering, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074, China)

The work aims to improve the mechanical properties and friction and wear properties of resin-based friction materials. The composite fiber reinforced material was prepared by the synergistic effect of fiber. The influence of the hybrid fiber on the properties of the friction material was investigated by orthogonal experimental method. The microstructure of the wear surface and debris was analyzed by scanning electron microscope, and the element formation was analyzed by the energy spectrum to explore the coupling mechanism of the friction material. With the increase of the mixed fiber content from 8% to 10.5%, the Rockwell hardness and shear strength of the friction materials were maintained in the suitable range of 50~75 HRB and 11.5~16.5 MPa. The S3 specimens had the highest hardness (71HRB) and the S4 specimens had the best shear strength (16.1 MPa). The cross coupling effect of the hybrid fibers determined the mechanical properties of the friction materials. Carbon fiber formed a transfer film on the contact surface, which played a role of lubricating and cooling. The friction coefficient and wear rate of the friction material were affected significantly. The formation of transfer membrane can effectively alleviate the phenomenon of heat recession. The suitable content of the hybrid fiber can make the friction surface form a continuous transfer film and the fine particle size can improve the self cleaning of the transfer film, thus reducing the wear rate of the friction material. The wear mechanism also changes from abrasive wear and adhesive wear to various mechanisms of wear.

hybrid fiber; friction materials; coupling mechanism; heat decline; wear resistance; wear mechanism

2018-05-11；

2018-08-27

Basic Science and Frontier Technology Research (Key) Project in Chongqing (cstc2015jcyj BX0140)

ZHONG Li (1965—), Female, Doctor, Professor, Research focus: materials surface engineering and friction materials. E-mail: 2441985314@qq.com

th117

A

1001-3660(2019)02-0159-07

10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2019.02.023

2018-05-11；

2018-08-27

重慶市基礎(chǔ)科學(xué)與前沿技術(shù)研究（重點(diǎn)）項(xiàng)目（cstc2015jcyjBX0140）

鐘厲（1965—），女，博士，教授，主要研究方向?yàn)椴牧媳砻婀こ碳澳Σ敛牧?。郵箱：2441985314@qq.com